高炉喷煤自动控制软件系统的设计与开发毕业设计.docx

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1、高炉喷煤自动控制软件系统的设计与开发毕业设计目录摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。目录I1绪论1.1 课题的研究背景1.2 课题的研究目的和意义(2)1.3 国内外研究概况(4)1.4 论文的主要研究内容(5)2系统特点分析及基本理论介绍2.1 喷煤工艺简介(7)2.2 高炉喷煤新发展(8)2.3 系统应用背景及特点(9)2.4 PLC基本知识(12)2.5 课题硬件及软件选择(15)2.6 本章小结(17)3煤量计算模型设计3.1 煤量计算模型提出(18)3.2 煤量计算的IPO模型(19)3.3 煤量计算的数学模型(20)3.4 煤量计算模型设计(21)3.5 本章总

2、结(23)4喷煤自动控制软件系统的设计及实现4.1 需求分析与规范确定(24)4.2 总体设计(25)4.3 系统详细设计(26)4.4 系统实现(34)4.5 本章小结(41)5系统测试与维护5.1 硬件系统测试(42)5.2 软件系统测试(42)5.3 系统维护(53)5.4 本章小结(55)6全文总结与展望6.1 全文总结(56)6.2 展望(57)致谢(58)参考文献(59)附录1攻读学位期间发表论文目录(63)1绪论软件的开发是一个繁杂的工作过程，无论是普通意义上的应用软件还是工业过程的自动控制软件，都需要一个正确的开发方法指导其过程，并由此产生出符合工艺要求且实用的软件。软件工程学

3、科是一门指导计算机软件开发和维护的工程学科，是一类求解软件的工程。它应用计算机科学、数学及管理科学等原理，借鉴传统工程的原则、方法，创建软件以达到提高质量，降低成本的目的。其中，计算机科学、数学用于构造模型与算法，工程科学用于制定规范设计模型、评估成本及确定权衡，管理科学用于计划、资源、质量、成本等管理山。控制的前提就是要能够度量。Lord Kalvin曾说过：当你能够度量你所谈论的事物,并且用数字把它表达出来，那你对此事物已经有所了解。当你无法度量它，则你的知识并不足以了解它。软件亦是如此，如果软件工程想成为研究软件过程及其相关内容的科学，那它就必须以数学为基础。如何能够在基于计算机系统的自

4、动控制软件系统设计中应用数学模型，取得系统的资金及功能上的优势，是控制软件系统的关键。1.1 课题的研究背景如今，随着IT业的总体水平的提升，软件工程的思想被融入到各种软件开发技术中。而20世纪60年代开始发展起来的计算机系统工程，是计算机硬件、软件、数据通信装置、数据存储设备、规章制度和有关人员的统一体。它广泛存在于医疗、机械、电力、钢铁冶金及制造业等领域内，在各个领域有着广泛的应用，如计算机辅助设计（CAD）系统、计算机辅助制造（CAM）系统、计算机辅助教学系统、计算机辅助医疗系统、军用的计算机指挥系统、通信软件工程、公用或专用的现代通信系统和信息服务系统都各具特色，管理软件是一类最具代表

5、性的软件工程。基于计算机的系统是“某些要素的一个集合，这些要素被组织起来以实现某种方法、过程或借助处理信息进行控制”。图1.1给出了基于计算机系统的系统要素及相互之间关系。因此，基于计算机的自动控制软件系统设计，是“计算机系统工程”中的一个活动，它指与构造基于计算机系统有关的过程、方法和技术，它是一种问题求解活动，目的是揭示、分析所期望的功能，并把它们分配到各个单独的系统要素中去。口图1.1基于计算机系统的系统要素及相互之间关系2200O?高炉喷煤自动控制系统是一个计算机系统工程，它来源于安阳钢铁公司炼铁厂220()0?高炉总承包项目中的子项目，是由安阳钢铁公司炼铁厂自行开发设计的项目。它作为

6、一个计算机系统工程，具有上述的几方面的要素，即喷煤工艺过程、计算机自动控制系统、相关人、硬件系统、控制软件、文档及实时数据库等，它是一个繁杂的大型控制系统，通过计算机系统，将控制软件、数据库及硬件系统等要素有机地结合起来完成一定的工艺要求及生产控制过程。在以往类似的高炉喷煤自动控制软件系统设计中，没有按照软件工程的思想将工程化应用于整个系统的设计过程，并且不能够有效地应用计算机科学、数学及管理科学等原理，构造模型与算法，为系统提供良好的控制功能，以达到提高质量，降低成本，对将来的生产运行过程产生指导性意义的目的，因此，在这种背景下，我们提出了本研究课题，它将对今后的基于计算机系统的工业自动控制

7、软件系统设计发挥有效的促进作用。1.2 课题的研究目的和意义目前，我国的钢铁企业生产已步入了一个十分重要的阶段，许多企业为了节约生产成本，将降焦比作为进行市场竞争的重要祛码，而喷煤是钢铁企业降比增效的有效途径。高炉喷煤自动控制工程，是喷煤系统能否正常运行，能否完成节能降耗重任的关键。在2200m3高炉喷煤自动控制软件系统的开发设计及调试投运过程中，我们本着先进性和适用性的原则，在实现基本控制功能的基础上，希望能够有效的利用喷煤自动控制模型，为我们的系统提供良好的控制功能，通过模块化的设计和所开发设计的煤量计算模型，使喷煤自动控制系统能够实现均匀、稳定、大喷吹，对将来的生产运行过程产生指导性意义

8、。本课题是在安钢2200)1?高炉喷煤自动控制软件系统开发之际，为了更好的建立高质量的控制程序而提出的。在对软件工程专业知识有了一定的学习和掌握之后，希望在工程项目的全过程中有意识的应用软件工程设计模式来建立高质量的控制系统，按照建立和使用一套合理的工程化原则，将系统化的，严格约束的可量化的方法应用于软件的开发、运行和维护，即将工程化应用于软件。有针对性地使用结构化方法与面向对象的方法来改善整个系统设计，为系统提供良好的系统架构。在项目进行过程中以及调试投运后，采集大量的实验数据，来分析研究应用煤量计算模型的高炉喷煤自动控制软件系统的具体应用及效果。安钢2200H?高炉喷煤自动控制软件系统设计

9、与开发，为今后类似工程项目开发积累了经验，具有一定的推广应用价值。计算机软件的开发和维护过程中常遇到的一系严重问题，归纳起来有：1、软件开发无计划性；2、软件需求不充分；3、软件开发过程无规范；4、软件产品无评测手段。这些矛盾，表现在上个世纪60年代尤为突出，使得许多大的软件项目资源耗尽，不可维护，中途流产。1968年北大西洋公约组织的计算机科学家在德国开会，讨论软件危机问题，正式提出了软件工程问题。以往在基于计算机系统的自动控制软件设计过程中，往往只是简单地根据工艺要求，做出相应的控制软件设计，没有一个有序的、有计划的过程，而软件工程思想建议用一定的流程将各个环节连接起来，并可用规范化的方式

10、操作全过程。本次课题项目的完成过程中，有意识地利用所学的软件工程的相关知识，对整个软件系统的设计及模型的研究过程进行规范化的设计，并对利用高等数学原理构造的煤量计算模型应用做进一步研究，工程学科中的一大原则是总结经验和利用实践证明有效的方案,本课题在他人的经验基础上，提出了自己独特的算法思路，并在生产实践中采集大量的数据来证明其有效性，这对目前国内的喷煤自动控制软件系统的设计可以作为一个有益的借鉴，对实现喷煤生产的稳定、连续、大喷吹的实践，有一定的指导意义，同时，对我们在进行基于计算机系统的工业控制软件设计过程中，能够有意识地将软件工程的观念融入到工业自动控制软件设计中去，提供了一个交流的平台

11、。大多数软件设计问题都有多个候选解决方案，但是随着时间和经验的检验，只有少数解决方案成为最佳选择。在本系统中，提出了两个实现均匀喷吹的煤量计量的模型，同时通过分析，采用了一个适宜的模型，并在特定的软硬件环境里实现了程序代码设计，通过深入的研究，对这一模型进行全面深入的探讨，并运用在生产控制中。内外研究概况高炉喷煤就是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉、烟煤粉或两者的混合煤粉，以代替部分焦炭提供热量和还原剂。高炉喷煤后，可以扩展风口前的回旋区,缩小呆滞区；可以降低风口前的理论燃烧温度，有利于提高风温使用水平和富氧鼓风;可以改善高炉炉缸的工作状态，有利于高炉的稳定顺行。因此，高炉喷煤成为高炉

12、炼铁系统结构优化的核心。衡量高炉喷煤技术水平的高低，除了要看它的喷煤量高低之外，还要考察它的稳定性。影响高炉喷煤量高低的因素很多，除了喷煤罐罐内压力、输送煤粉的气量之外,还包括喷吹的煤种、喷煤罐内煤粉的温度、贮存时间、贮存量等诸多因素的影响。而喷煤工艺、装备水平、检测手段和自动控制模型则决定了喷煤量的稳定水平。而从某种意义上来说，自动控制软件及其控制模型的设计，在最大程度上制约了喷煤技术的发展水平，成为喷煤生产水平进一步提高的瓶颈。我国对高炉喷煤技术的开发和应用尽管较早，但从近几年的发展情况来看，己不再处于领先地位，国外不少高炉的喷煤量越来越高，而且多数高炉是喷吹烟煤。目前,我国与日本和西欧一

13、些喷煤先进国家相比，尚有如下几方面的差距：喷煤量和喷煤高炉少，煤焦置换比低，喷吹煤种单一，自动控制水平低，而氧煤喷吹、浓相输送和单支管计量等虽已开发成功，但还有待于进一步完善和推广。高炉喷煤技术对于我国钢铁工业乃至国民经济都具有十分重要的意义，而现阶段，我国的软件行业正在如火如荼地发展着，但是无论从规模还是从年限都无法和发达国家相比。就喷煤生产自动化控制方面而言，我国的大部分企业也都实现了控制功能，但是随着钢铁工业的迅猛发展，在现代喷煤技术中，煤粉喷吹稳定性、喷吹准确性是高炉喷煤量调节操作的基本要求，这对于高炉操作的优化及炉况的顺行有重要的意义。在高炉喷煤自动控制软件系统设计中，如何实现喷吹的

14、稳定性和准确性，成为喷煤自动控制系统的关键因素。自动控制首先是基本控制功能的实现，即所控制设备的动作次序等符合工艺的要求；其次是控制模型的设计及应用；再者，是人机交互界面的方便及人性化。而要实现这一过程，最主要的便是控制模型的设计及应用，在欧洲、日本1989年已实现200kg/t Fe的高炉喷煤示范作业，1991年56月喷煤量增加到300kg/t Fe,目前正在进行喷煤量目标值为400kg/tFe的探索试验”叫 取得这些成果的关键因素是其自动化控制水平很高。目前，我们国内的一些大中型钢铁企业在喷煤生产自动控制方面也投入了大量的资金，但却收效甚微，总结原因，是没有采用一个较好的开发方法与控制模型

15、来设计喷煤自动控制软件。实现一般的开关逻辑控制，不能成为一个成功的自动控制软件系统，目前，高炉喷煤最主要的一个参数，便是小时喷煤量，即每小时喷入高炉内的煤粉量，控制它的稳定性，就成为了整个喷煤自动控制的关键。企业迫切需要的是怎样把理论运用到实际的工程项目中去5，安钢2200n?高炉喷煤自动控制软件系统设计与开发，将先进的控制理论引入高炉喷煤控制系统中，能够很好地解决煤粉均匀稳定性控制问题，有良好的适用性、可移植性。1.4论文的主要研究内容喷煤工艺系统中常常以每小时的喷煤量反映喷吹能力的大小及均匀性，而传统的喷煤自动控制软件设计，不能按照一定的开发模型进行系统的开发，缺乏一个有效的数学模型控制喷煤量，导致喷煤系统控制不能真正达到均匀、稳定。本文结合安钢22000?高炉喷煤自动控制软件系统的设计与开发项目，应用软件工程的思想，利用高等数学的微积分原理，采用结构化方法，提出一种新的煤量控制算法模型，并完成了高炉喷煤自动控制软件系统的开发，采用建模